XML-Schema der zukünftige Standard zur XML-Sprachdefinition

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1 XML-Schema der zukünftige Standard zur XML-Sprachdefinition Mario Jeckle DaimlerChrylser Research dept. product development process chain (FT3/EK) Mario Jeckle, , 1

2 XML Terminologie Start Tag <vortrag datum= > Element Tag Name </vortrag> End Tag Attribut Name Attribut Wert Attribut Mario Jeckle, , 3

3 Zum Begriff Schema [lat.-griech. Haltung, Stellung; Gestalt, Figur, Form] (allgemein): Muster, Entwurf, Aufriss; Konzept. (Philosophie und Logik): 1) Wissenschafts- und verfahrensmethodologisch werden Schemata bewusst und planmäßig in Form einer zielgerichteten Ordnung von Begriffen und Denkabläufen, als hypothetisches Konstrukt zur Erklärung von Zusammenhängen (z.b. soziales Schema) sowie Verfahrensplan (v.a. bei wiederkehrenden Situationen) angewendet. 2) Erkenntnistheoretisch hat nach I.Kant jeder reine Begriff (Kategorie) sein Schema, d.h. einen inneren Vorgang, zu durchlaufen, mit dem er sich durch eine stellvertretende Vorstellung anschaulich realisiert. Die Verstandesbegriffe haben je ein transzendentales Schema, wodurch ihnen erste eine Beziehung zum Sinnlichen gegeben wird. Der Schematismus ist somit das Verfahren des Verstandes, einem Begriff objektive Realität durch die ihm entsprechende Anschauung zu verschaffen. [aus: Brockhaus -- Die Enzyklopädie, Mannheim, 1999, Bd. 19, S. 274] Mario Jeckle, , 4

4 Zum Begriff Schema in der Informatik (allgemein) Ein Schema beschreibt eine Datenstruktur. Schemata entstehend i.a. als Ergebnis eines (Informations-/Daten-) Modellierungsprozesses. Typischerweise spricht man im Datenbank-Umfeld vom Schema, im Sinne der Struktur- und Inhaltsbeschreibung, der in der Datenbank abgelegten Daten. In diesem Kontext werden auch verschiedene Schematypen (wie konzeptuelles, logisches, internes und externes S.) unterschieden. Mario Jeckle, , 5

5 Zum Begriff Schema im Kontext XML Das Schema einer XML-Datei wird normgemäß durch eine Document Type Definition (DTD), gebildet. Oftmals werden die Begriffe Schema und Grammatik im Umfeld XML synonym gebraucht, dies trifft jedoch nicht zu. Während die Grammatik -- als Syntaxbeschreibung -- eins SGML-, und damit auch XML-, Dokuments absolut benötigt wird, um die Dokumentstruktur zu verstehen, definiert ein Schema Regeln und Einschränkungen an die logische Dokumentstruktur. Als Konsequenz der fixierten Dokumentsyntax von XML (in SGML kann diese variieren) wird durch eine XML-DTD lediglich der semantische Anteil der Dokumentbeschreibung realisiert. Es sind jedoch beliebige Beschreibungssprachen konkreter XML-Dokument- Ausprägungen denkbar. XML-Schema ist eine XML-Sprache zur Beschreibung beliebiger XML-Dokumentinhalte. Mario Jeckle, , 6

6 Well-formedness XML Dokument <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE ProjektAbwicklung SYSTEM "projekt.dtd"> <ProjektAbwicklung> <person persid='p100' gehaltsgrp="2"> <vorname>hans</vorname> <vorname>georg</vorname> <name>meier</name> <projektleiter prjref='f300'/> <projektmitarb prjref='f310'/> </person> <projekt prjid='f300' start=' ' budget='1000'/> <projekt prjid='f310' budget='10000'/> <projekt prjid='f320' budget='25000'/> </ProjektAbwicklung> Dokument... Enthält mindestens ein Element Baumartige Organisation (Wurzelelement existiert) Korrekte Elementschachtelung Übereinstimmende öffnende und schließende Tag-Namen Attributnamen sind innerhalb Elementen eindeutig Attributwerte sind in doppelten Anführungszeichen Attributwerte verweisen nicht auf externe Entities Keine Markupsymbole in Attributwerten Entity-Deklaration vor Referenzierung Keine Entity-Referenz verweist auf unparsed Entity Mario Jeckle, , 7

7 Validness XML Dokument <?xm l version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE ProjektAbwicklung SYSTEM "projekt.dtd"> <ProjektAbwicklung> <person persid='p100' gehaltsgrp="2"> <vorname>hans</vorname> <vorname>georg</vorname> <name>meier</name> <projektleiter prjref='f300'/> <projektmitarb prjref='f310'/> </person> <projekt prjid='f300' start=' ' budget='1000'/> <projekt prjid='f310' budget='10000'/> <projekt prjid='f320' budget='25000'/> </ProjektAbwicklung> Validates Ein XML-Dokument ist gültig, wenn eine DTD existiert (und referenziert oder eingebunden ist) die durch die DTD formulierten syntaktischen Regeln eingehalten sind XML Document Type Definition <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!ELEMENT ProjektAbwicklung (person+, projekt*)> <!ELEMENT person (vorname+, name, projektleiter?, projektmitarb*)> <!ATTLIST person persid ID #REQUIRED gehaltsgrp (1 1a 2) "1"> <!ELEMENT vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT name (#PCDATA)> <!ELEMENT projektleiter EMPTY> <!ATTLIST projektleiter prjref IDREF #REQUIRED> <!ELEMENT projektmitarb EMPTY> <!ATTLIST projektmitarb prjref IDREF #REQUIRED> Mario Jeckle, , 8

8 Validness Allein die Existenz und Referenzierung oder Inkludierung einer DTD rechtfertigt es nicht, von einem gültigen XML-Dokument zu sprechen. Die Klasse der nicht validierenden Parser läßt per definitionem jegliche DTD beim Prüfungsvorgang außer Acht. Auch kann ein Parser dieses Typs beliebige Teile der DTD (beispielsweise extenal subsets) ignorieren. Mario Jeckle, , 9

9 Well-formedness und validness Die Begriffe well-formed und valid stammen von Tim Bray. Trotz des Einwands durch Sperberg Mc-Queen, beide Begriffe wären bereits in anderen Kontexten vorbelegt, überlebte der Vorschlag -- nicht zuletzt in Ermangelung eines Besseren -- bis heute. Der Begriff well-formed steht in keinem Bezug zur gleichen Bezeichnung in der formalen mathematischen Logik. In SGML sind für well-formed bzw. valid die Begriffe tag-valid bzw. type-valid gebräuchlich. Ein Dokument, für das nicht der Anspruch erhoben wird es sei valid hat: keine DTD (weder internal subset noch DOCTYPE-Referenz) keine vorliegende DTD (z.b. zugänglich über Netz, aber nicht lokal repliziert) eine vorliegende DTD, die jedoch nicht zur Validierung herangezogen wird Mario Jeckle, , 10

10 DTD-Mechanismus von XML v1.0 ❶streng hierarchisch ❶ELEMENTs als innere Knoten ❶ATTLISTs zur Attributierung der Knoten ❶Keine Datentypen (abgesehen von CHAR-Data) ❶Rudimentärer Referenzierungsmechanismus (ID, IDREF(S)) ❶Selektionstyp (enum) ❶Vorgabewerte ❶DTD ist nicht XML => Notwendige Konstrukte zum Ausdruck mächtigerer Semantik müssen aufwendig und proprietär realisiert werden Mario Jeckle, , 11

11 Motivation Schema-Mechanismen für XML Gemeinsamer Wortschatz ermöglicht Kommunikation und Interaktion auf Basis einheitlich definierter Begriffe Formale Beschreibung Grundvoraussetzung maschineller Verarbeitung Idealerweise (vergleichsweise) einfache Verarbeitung (schlanke, eindeutige Definitionen, möglichst kontextfreie oder reguläre Sprache) Austauschbasis Explizite Strukturdefinition ist Grundvoraussetzung des Informationsaustauschs. Mario Jeckle, , 12

12 Anforderungen an einen XML-Schema Mechanismus Structural schemas Mächtigkeit analog des bestehenden DTD-Mechanismus um Dokumentstruktur (Reihenfolge, Auftrittsvielfachheit von Elementen und Attribute) zu beschreiben Insbesondere sollen folgende Erweiterungen verwirklicht werden: Namespace Integration Definition von Einschränkungen für Elementinhalte Integration Strukturschema und primitive Datentypen Vererbung: DTD unterstützt nur kind-of-beziehungen Erweiterter Referenzierungsmechanismus (URI) Mario Jeckle, , 13

13 Anforderungen an einen XML-Schema Mechanismus Primitive Datentypen klassische atomare Datentypen, ergänzt um SQL-artige, wie integer, date. Programmiersprachen-übliche (typischerweise Java-artige) build-in types uninterpretierte Binärstrukturen (durch Anwender) erweiterbares Typsystem lexikalische Definitionen Einschränkungen an Typen Mario Jeckle, , 14

14 Weiterentwicklungsoptionen für DTDs Ausdrucksmächtigkeit der XML-DTD bildet eine (echte) Untermenge des SGML-DTD Mechanismus. Mario Jeckle, , 15

15 Weiterentwicklungsoptionen für DTDs Erweiterung des XML-DTD Mechanismus um weitere Elemente der SGML-DTD. (+) Ausdrucksmächtigkeit nähert sich (wieder) der von SGML an (-)...die Komplexität auch (-) Ausdrucksmächtigkeit kann die von SGML niemals übertreffen Mario Jeckle, , 16

16 Weiterentwicklungsoptionen für DTDs Erweiterung des XML-DTD Mechanismus um Elemente, die nicht mit SGML-Mitteln ausdrückbar sind. (+) Freiheitsgrad hinsichtlich beliebiger Erweiterungen (-) XML-Grundforderung nach Untermengenbeziehung zu SGML entfällt (-) immernoch zwei verschiedene Sprachen für Inhalt und Schema Mario Jeckle, , 17

17 Existierende Schema-Sprachen für XML Erweiterungen des bestehenden (SGML-/XML-)DTD-Mechanismus Data Types for DTD (DT4DTD) Wissensbeschreibung Document Content Description for XML (DCD) (RDF basierte Weiterentwicklung von XML-Data) Inspiriert durch XML-API-Entwicklung Schema for Object oriented XML (SOX) XML-Sprachen zur Inhaltsbeschreibung Document Definition Markup Language/XSchema (DDML) Schematron (XSL-basierte Auswertung der Dokumentstruktur) XML-Data/XML-Data Reduced (XDR) (erster Ansatz noch vor Verabschiedung XML 1.0) Document Structure Description (DSD) W3C s XML-Schema Mario Jeckle, , 18

18 W3C s XML Schema DCD SOX DDML W3C s XML Schema Part 1 (Structures) XML Schema Part 2 (Datatypes) XDR XML Data W3C s XML-Schema konsolidiert und integriert die wesentlichen existierenden Ansätze und entwickelt sie fort. Mario Jeckle, , 19

19 W3C s XML Schema W3C s XML beschreiben XML-Dokumentklassen unter Verwendung der XML-Dokumentkonstrukte um Bedeutung Aussage Beziehung der Dokumentbestandteile einzuschränken und zu dokumentieren. Bestandteile eines XML-Dokuments: Datentypen Elemente und ihr Inhalt Attribute und ihre Werte Entities und ihr Inhalt Notations XML Schema sind selbstbeschreibend Mario Jeckle, , 20

20 W3C s XML Schema -- Technologie (Metamodellierung) validates <?xml version='1.0'?> <!-- XML Schema schema for XML Schema.xsd Schemas: <!ELEMENT %schema; ((%include; %import; Part 1: Structures --> %annotation;)*, <!DOCTYPE schema PUBLIC (%simpletype; %complextype; "-//W3C//DTD XMLSCHEMA //EN" %element; %attribute; "structures.dtd" [ %attributegroup; %group; <!ATTLIST schema xmlns:x CDATA %notation; ), #IMPLIED> <!-- keep this schema XML1.0 valid -->]> (%annotation; XML-Schema <schema xmlns="< Schema-DTD %simpletype; %complextype; targetnamespace="< %element; %attribute; v. xmlns:x=" (99 von 126) version="id: structures.xsd,v /12/16 09:43:47 aqw Exp "> [ :37:04]. %attributegroup; %group; %notation; )* )> Schema.dtd XHTML.xsd <?xml version ="1.0"?> <schema xmlns = " <element name = "html"> <complextype content = "elementonly"> <annotation> <appinfodocument Structure appinfo> <appinfo> the namespace URI designates the document profile </appinfo> </annotation> validates XML-Schema dieser Sprache validates DTD dieser Sprache XHTML.dtd <!ELEMENT html (head, body)> <!ATTLIST html %i18n; xmlns %URI; #FIXED ' <!ENTITY % head.misc "(script style meta link object)*"> <!ELEMENT head (%head.misc;, ((title, %head.misc;, (base, %head.misc;)?) (base, %head.misc;, (title, %head.misc;))))> <!ATTLIST head %i18n; profile %URI; #IMPLIED > Index.xhtml <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "DTD/xhtml1-transitional.dtd"> <html xmlns=" <head> <title>example XHTML v1.0 document</title> <meta name= DC.Creator content= Mario Jeckle /> </head> <body> some meaningfull content </body> </html> validates validates XML Dokument in einer konkreten XML-Sprache Mario Jeckle, , 21

21 W3C s XML Schema -- Technologie (Metamodellierung) validates M 2 Metamodellebene XML-Schema v. Schema-DTD validates validates Transitional M 1 Modellebene XML-Schema dieser Sprache DTD dieser Sprache validates validates M 0 Ausprägungsebene XML Dokument in einer konkreten XML-Sprache Mario Jeckle, , 22

22 W3C s XML Schema -- Beschreibungssprache des Beispiels i:j m:n Entity 1 Entity 2 Rolle E1 Rolle E2 Basistyp Mario Jeckle, , 23

23 W3C s XML Schema -- Beispiel ProjektVerwaltung h [1-9]-[1-9] 5 {1 1a 2} = 1a PersID Gehaltsgruppe ID Proj# Projekt 0:1 start date wird geleitet ausgeführt durch 2:30 budget Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter Money (0<budget<=50000) =10000 Person eingeordnet in Vorname Nachname String Mario Jeckle, , 24

24 W3C s XML Schema -- Beispiel (als DTD) <!ELEMENT ProjektVerwaltung (Person+, Projekt+ )> ProjektVerwaltung Int > 0 PersID {1 1a 2} = 1a Gehaltsgruppe <!ELEMENT Person (Vorname+, Nachname+)> <!ATTLIST Person PersID ID #REQUIRED Gehaltsgruppe (1 1a 2) '1a' mitarbeitinprojekt IDREFS #REQUIRED> <!ELEMENT Vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT Nachname (#PCDATA)> <!ELEMENT Projekt EMPTY> <!ATTLIST Projekt ID ID #REQUIRED date CDATA #IMPLIED budget CDATA #REQUIRED Projektleiter IDREF #REQUIRED Mitarbeiter IDREFS #REQUIRED> ID Proj# wird geleitet Projekt 0:1 ausgeführt durch 2:30 start date budget Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter Money (0<budget<=50000) Person h [1-9]-[1-9] 5 PersID Vorname Nachname (lexikalische Festlegung) Mit DTD nicht darstellbar! String Mario Jeckle, , 25

25 W3C s XML Schema -- Beispiel (als DTD) <!ELEMENT ProjektVerwaltung (Person+, Projekt+ )> ProjektVerwaltung Int > 0 PersID {1 1a 2} = 1a Gehaltsgruppe <!ELEMENT Person (Vorname+, Nachname+)> <!ATTLIST Person PersID ID #REQUIRED Gehaltsgruppe (1 1a 2) '1a' mitarbeitinprojekt IDREFS #REQUIRED> <!ELEMENT Vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT Nachname (#PCDATA)> ID Proj# wird geleitet Projekt 0:1 ausgeführt durch 2:30 start date budget Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter Money (0<budget<=50000) Person Person 1:3 Mitarbeiter Vorname Nachname String <!ELEMENT Projekt EMPTY> ausgeführt durch 2:30 <!ATTLIST Projekt ID ID #REQUIRED date CDATA #IMPLIED budget CDATA #REQUIRED Projektleiter IDREF #REQUIRED Mitarbeiter IDREFS #REQUIRED> Projekt (Kardinalität) Mit DTD nicht darstellbar! Mario Jeckle, , 26

26 W3C s XML Schema -- Beispiel (als DTD) <!ELEMENT ProjektVerwaltung (Person+, Projekt+ )> ProjektVerwaltung Int > 0 PersID {1 1a 2} = 1a Gehaltsgruppe <!ELEMENT Person (Vorname+, Nachname+)> <!ATTLIST Person PersID ID #REQUIRED Gehaltsgruppe (1 1a 2) '1a' mitarbeitinprojekt IDREFS #REQUIRED> <!ELEMENT Vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT Nachname (#PCDATA)> <!ELEMENT Projekt EMPTY> <!ATTLIST Projekt ID ID #REQUIRED start CDATA #IMPLIED budget CDATA #REQUIRED Projektleiter IDREF #REQUIRED Mitarbeiter IDREFS #REQUIRED> ID Proj# wird geleitet Projekt 0:1 ausgeführt durch 2:30 start date budget start date Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter Money (0<budget<=50000) Person Vorname Nachname (Datentyp) Mit DTD nicht darstellbar! String Mario Jeckle, , 27

27 W3C s XML Schema -- Beispiel (als DTD) <!ELEMENT ProjektVerwaltung (Person+, Projekt+ )> ProjektVerwaltung Int > 0 PersID {1 1a 2} = 1a Gehaltsgruppe <!ELEMENT Person (Vorname+, Nachname+)> <!ATTLIST Person PersID ID #REQUIRED Gehaltsgruppe (1 1a 2) '1a' mitarbeitinprojekt IDREFS #REQUIRED> <!ELEMENT Vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT Nachname (#PCDATA)> ID Proj# wird geleitet Projekt 0:1 ausgeführt durch 2:30 start date budget Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter Money (0<budget<=50000) Person Money (0<budget<=50000) =10000 Vorname Nachname String <!ELEMENT Projekt EMPTY> <!ATTLIST Projekt ID ID #REQUIRED start CDATA #IMPLIED budget CDATA #REQUIRED Projektleiter IDREF #REQUIRED Mitarbeiter IDREFS #REQUIRED> budget (Domänenrestriktion und Vorgabewert) Mit DTD nicht darstellbar! Mario Jeckle, , 28

28 W3C s XML Schema -- Anatomie eines XSD-Dokuments <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:annotation> <xsd:documentation> Schema-Start mit Namespacedeklaration Uniterpreted Commend </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:complextype... > <xsd:element...> <xsd:attribute...> </xsd:complextype> <xsd:simpletype...> <xsd:pattern...> </xsd:simpletype> </xsd:schema> Mario Jeckle, , 29

29 W3C s XML Schema -- Anatomie eines XSD-Dokuments <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:annotation> <xsd:documentation> Dokumentierender Kommentar Uniterpreted Commend </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:complextype... > <xsd:element...> <xsd:attribute...> </xsd:complextype> <xsd:simpletype...> <xsd:pattern...> </xsd:simpletype> </xsd:schema> Mario Jeckle, , 30

30 W3C s XML Schema -- Anatomie eines XSD-Dokuments <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:annotation> <xsd:documentation> Uniterpreted Commend </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:complextype... > Anwenderdefinierte (komplexe) Typen <xsd:element...> <xsd:attribute...> </xsd:complextype> <xsd:simpletype...> <xsd:pattern...> </xsd:simpletype> </xsd:schema> Mario Jeckle, , 31

31 W3C s XML Schema -- Anatomie eines XSD-Dokuments <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:annotation> <xsd:documentation> Uniterpreted Commend </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:complextype... > <xsd:element...> Elemente und Attribute <xsd:attribute...> </xsd:complextype> <xsd:simpletype...> <xsd:pattern...> </xsd:simpletype> </xsd:schema> Mario Jeckle, , 32

32 W3C s XML Schema -- Anatomie eines XSD-Dokuments <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:annotation> <xsd:documentation> Uniterpreted Commend </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:complextype... > <xsd:element...> <xsd:attribute...> </xsd:complextype> <xsd:simpletype...> <xsd:pattern...> Anwenderdefinierte (einfache) Datentypen </xsd:simpletype> </xsd:schema> Mario Jeckle, , 33

33 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- complex type <complextype abstract = boolean : false base = QName block = #all or (possibly empty) subset of {extension, restriction} content = elementonly empty mixed textonly derivedby = extension restriction final = #all or (possibly empty) subset of {extension, restriction} id = ID name = NCName> Content: (annotation?, (((minexclusive mininclusive maxexclusive maxinclusive precision scale length minlength maxlength encoding period duration enumeration pattern)* (element group all choice sequence any)*), ((attribute attributegroup)*, anyattribute?))) </complextype> Mario Jeckle, , 34

34 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- complex type Verwaltung Abstrakte Typdefinition möglich; Typ darf nicht in XML-Dokumentinstanzen auftreten (abstract) Restriktion verschiedener Substitutionsmimiken (block) Vererbungs-Restriktion (final) Vererbung durch Typerweiterung oder -Einschränung (derivedby) ProjektVerwaltung Person <xsd:complextype name="projektverwaltungtype" content="elementonly" abstract="false" block="restriction" final="restriction" derivedby="extension" base="verwaltung"> <xsd:element name="person" minoccurs="1" maxoccurs="unbound"/> <xsd:element name="projekt" minoccurs="1" maxoccurs="unbound"/> </xsd:complextype> Projekt Mario Jeckle, , 35

35 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- element <element abstract = boolean : false block = #all or (possibly empty) subset of {equivclass, extension, restriction} : '' default = string equivclass = QName final = #all or (possibly empty) subset of {extension, restriction} : '' fixed = string form = qualified unqualified id = ID maxoccurs = string minoccurs = nonnegativeinteger : 1 name = NCName nullable = boolean : false ref = QName type = QName> Content: (annotation?, (simpletype complextype)?, (unique key keyref)*) </element> Mario Jeckle, , 36

36 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- element (Polymorphie) Gleich benannte Elemente mit verschiedenen Inhaltsmodellen sind zulässig. Projekt ausgeführt durch 2:30 Elementäquivalenz zu bestehenden Element (equivclass) Explizite Modalität und Kardinalität (minoccurs, maxoccurs) Mitarbeiter 1:3 Person <xsd:element name="projekt" type="projekttype"/> <xsd:element name="projekt" type="xsd:string"/> <xsd:complextype name="projekt"> <xsd:element ref="mitarbeiter" minoccurs="2" maxoccurs="30"/> </xsd:complextype> <xsd:element name="mycomment" equivclass="comment"/> Mario Jeckle, , 37

37 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- element Projekt Abstrakte Elemente (abstract) Vorgabewerte (default) Restriktion verschiedener Substitutionsmimiken (block) Konstante Belegung (fixed) Vererbungs-Restriktion (final) ausgeführt durch 2:30 Mitarbeiter 1:3 Person Money (0<budget<=50000) =10000 Lukasiewicz- /Tri-State-Logik/NULL-Wert (nullable) Referenzierung auf bestehende Elemente (ref) budget <xsd:element name="mensch" abstract="true" block="restriction" /> <xsd:element name="budget" default="10000"/> <xsd:element ref="person"/> Mario Jeckle, , 38

38 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Nullwerte XML-Schema unterstützt kein explizites Symbol für fehlende Werte (NULL). Um die Unterstützung fehlender Werte zuzulassen muß das entsprechende Element im Schema mit nullable="true" attributiert werden. <xsd:element name="nel" nullable="true"/> Im XML-Dokument wird das in XML-Schema vordefinierte Attribut null auf true gesetzt. Der explizite NULL-Wert ist Teil des XML-Schema-Namensraums für XML- Schema Instanzen (instance documents) ( Das Namespacepräfix xsi ist zwingend. <nel xsi:null="true"/> Mario Jeckle, , 39

39 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- attribute <attribute form = qualified unqualified id = ID name = NCName ref = QName type = QName use = default fixed optional prohibited required : optional value = string> Content: (annotation?, simpletype?) </attribute> Mario Jeckle, , 40

40 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- attribute Typisierung gemäß XML Schema Part 2 (type) Vorgabewerte (use=default) Konstante Belegung (use=fixed) Optionale Vergabe (use=optional) Zwingende Vergabe/mandatory (use=required) Untersagung der Verwendung (use=prohibited) Referenzierung auf bestehendes Attribut (ref) Mengenwertige Attribute (minoccurs, maxoccurs) Projekt 0:1 start date String Vorname <xsd:attribute name="vorname" type="dt:string" /> <xsd:attribute name="start" type="dt:date" use="optional" /> Mario Jeckle, , 41

41 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- attribute group Zusammenfassung von Attributen zu einer benannten Gruppe Verbessert Les- und Wartbarkeit des Schemas durch Zentralisierung der Information (ähnlich den parameter entities in XML 1.0) <xsd:complextype name="projekt">... <attributegroup ref="project'sattributes"/> </xsd:complextype> <xsd:attributegroup name="project'sattributes"> <xsd:attribute name="id" type="projectno"/> <xsd:attribute name="start" type="xsd:date"/> <xsd:attribute ref="budgetatt"/> </xsd:attributegroup> ID Proj# Projekt 0:1 start date budget Money (0<budget<=50000) =10000 Mario Jeckle, , 42

42 W3C s XML Schema -- Part 1: Structures Typdefinition -- annotation Explizite Dokumentationsmöglichkeit Informale Beschreibung für (meschliche) Schemanutzer (documentation) Formale Beschreibung für schemaverarbeitende Applikationen (appinfo) Werden im Validierungsprozess nicht berücksichtigt <xsd:annotation> <xsd:appinfo source=" <xsd:documentation xml:lang="en-en"> Schema created by... </xsd:documentation </xsd:annotation> <xsd:annotation> <xsd:appinfo> <dcx:creator>...</dcx:creator><dcx:version>1.0</dcx.version> </xsd:annotation> Mario Jeckle, , 43

43 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Zunehmend datenorientierte Betrachtung erfordert ein leistungsfähiges Typsystem zur Darstellung von "alltäglichen" Standardsituationen Erhöhung des Qualitätsgrades der entstehenden XML-Dokumente durch semantische Anreicherung Erweiterung generischer Parser um zusätzliche inhaltliche Prüfung Verminderung des impedance mismatch zwischen Anwendungssystem (Programmiersprache, Datenbanksystem,...) und Streaming-Format Typsystem auf Basis bekannter Standards wie ISO 11404, SQL, Java Charakterisierung der Typen in atomare vs. Listentypen (atomic vs. list types) primitive vs. abgeleitete Typen (primitive vs. derived types) Standardtypen vs. Andwenderdefinierte (built-in vs. user-derived datatypes) Mario Jeckle, , 44

44 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Datentypcharakterisierung Atomare Datentypen: Unteilbare Werte (z.b. string) Listentypen: Endliche Menge atomarer Typausprägungen (z.b. list of integer) Definition: <simpletype name="plattformen" base="string" derivedby="list" /> Verwendung (in XML-Dokumentinstanz): <verfügbareplattformen xsi:type="plattformen"> Windows HP-UX AIX Linux </verfügbareplattformen> String Plattform XML whitespaces (0x9, 0x20, 0xA, 0xD) gelten als Elementseparatoren (=> Vorsicht bei Strings mit Leerzeichen) verfügbar auf Produkt Mario Jeckle, , 45

45 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Datentypcharakterisierung Standardtypen: in der XML Schema 2-Spezifikation definierte Anwenderdefinierte Typen: Abgeleitete Einschränkung bestehendertypen Bezug auf Basistypen durch das base-attribut Basistypen können selbst wieder primitiv oder abgeleitet sein (-> Typhierarchie) <xsd:simpletype name="ursimpletype" base="ursimpletype" /> <xsd:simpletype name="decimal" base="ursimpletype" /> <xsd:simpletype name="integer" base="decimal" /> <xsd:simpletype name="nonpositiveinteger" base="integer" /> Mario Jeckle, , 46

46 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Datentypcharakterisierung build-in Datentypen: Unabhängig von anderen Typen definiert abgeleitete Datentypen: (abhängige) Definition unter Verwendung bereits definierter Datentypen Mario Jeckle, , 47

47 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Build-in datatypes ID IDREF IDREFS ENTITY ENTITIES NMTOKEN NMTOKENS Name QName NCName NOTATION integer nonpositiveinteger negativeinteger long int short byte nonnegativeinteger unsignedlong unsingnedint unsignedshort unsignedbyte positiveinteger boolean float double decimal string date time timeinstant timeperiod month year century recurringdate recurringday timeduration recurringduration binary urireference language Mario Jeckle, , 48

48 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes integer nonpositiveinteger negativeinteger long int short byte nonnegativeinteger positiveinteger unsignedlong unsingnedint unsignedshort unsignedbyte boolean float double decimal -1, 0, 7683, +555 {..., -2, -1, 0} {..., -3, -2, -1} <= long <= <= int <= <= short <= short <= byte <= {0,1,2,...} {1,2,3,...} 0 <= unsignedlong <= <= unsignedint <= <= unsignedshort <= <= unsignedbyte <= {true, 1, false, 0} 32-Bit Fließkommazahl gemäß IEEE E4, 12.64E8, 12e-2, INF 64-Bit Fließkommazahl gemäß IEEE , 8, , +1.0 Mario Jeckle, , 49

49 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes string date time timeinstant timeperiod month year century recurringdate recurringday timeduration recurringduration binary urireference language ISO und Unicode "hello world ISO ISO :00:00+2:00 ISO T09:00:00+2:00 ISO 8601 P7M ISO 8601 P1M ISO 8601 P1Y ISO ISO 8601 PT24H ISO 8601 P1M2D ISO 8601 P0Y0M0DT1H30M abstrakter Supertyp von duration und period; nicht direkt verwendbar! abstrakter Typ; nur verwandbar durch Ableitung und encoding-spezifikation IETF RFC IETF RFC1766 de-de, en-uk, x-klingon Mario Jeckle, , 50

50 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Typdefinition für......elemente <xsd:element name="elementname" type="typename" /> Elementtyp kann als complextype gemäß Schema 1 strukturiert sein, oder gemäß Schema 2 build-in bzw. selbstdefiniert sein...attribute <xsd:attribute name="attributename" type="typename" /> Attributtyp kann gemäß Schema 2 build-in bzw. selbstdefiniert sein => Wie in XML v1.0 üblich, keine (explizite) Strukturierung durch Markup innerhalb Attributen zugelassen Mario Jeckle, , 51

51 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Typdefinition -- enumeration... <xsd:attribute name="eingeordnet_in" type="gehaltsgruppe" value="1a" use="default" />... Person eingeordnet in {1 1a 2} = 1a Gehaltsgruppe <xsd:simpletype name="gehaltsgruppe" base="xsd:string"> <xsd:annotation> <xsd:documentation>xy AG Gehaltsgruppen per </xsd:documentation> </xsd:annotation> <xsd:enumeration value="1" /> <xsd:enumeration value="1a" /> <xsd:enumeration value="2" /> </xsd:simpletype> Mario Jeckle, , 52

52 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Typdefinition -- Typableitung Erweitung des bestehenden Typsystems durch anwenderdefinierte Typen. Money (0<budget<=50000) =10000 budget <xsd:attribute name="budgetatt" use="default" value="10000"> <xsd:simpletype base="dt:float"> <xsd:minexclusive value="0"/> <xsd:maxinclusive value="50000"/> <xsd:scale value="2"/> </xsd:simpletype> </xsd:attribute> Mario Jeckle, , 53

53 W3C s XML Schema -- Part 2: Datatypes Typdefinition -- Lexikalische Definition Projekt Spezifikation des Wertebereichs eines Datentyps durch reguläre Ausdrücke ID <xsd:simpletype name="projektno"> <pattern value="p-\(19 20)\Nd{2,}-\Lu+\Nd{3,5}"/> </xsd:simpletype> Proj# Projektnummern beginnen stets mit P, darauf folgt das Jahr, abgetrennt durch einen Bindestrich eine mindestens aus einem Großbuchstaben (Lu) bestehende Identifikation, an die sich mindestens drei, aber höchstens fünf numerische Ziffern anschließen. Mario Jeckle, , 54

54 Schema validness Aufbauend auf der generellen Konformität (valdiness) zu einer existierenden DTD wird die schema validness definiert: XML-Instanz referenziert "ihr" Schema (namespace-deklaration im Root-Element) XML-Schema-instance Namespace (falls verwendet) Gültigkeitseinschränkungen an Schema Elemente (z.b. minoccurs <= maxoccurs) Konform zu Schema for Schemas Mario Jeckle, , 55

55 Schema validness Index.xhtml <?xml version ="1.0"?> <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "DTD/xhtml1-transitional.dtd"> <html xmlns=" <head> <title>example XHTML v1.0 document</title> <meta name= DC.Creator content= Mario Jeckle /> </head> <body> some meaningfull content </body> </html> XHTML.xsd <schema xmlns = " <element name = "html"> <complextype content = "elementonly"> <annotation> <appinfodocument Structure appinfo> <appinfo> the namespace URI designates the document profile </appinfo> </annotation> Schema.xsd <?xml version='1.0'?> <!-- XML Schema schema for XML Schemas: Part 1: Structures --> <!DOCTYPE schema PUBLIC "-//W3C//DTD XMLSCHEMA //EN" "structures.dtd" [ <!ATTLIST schema xmlns:x CDATA #IMPLIED> <!-- keep this schema XML1.0 valid -->]> <schema xmlns="< targetnamespace="< xmlns:x=" version="id: structures.xsd,v /12/16 09:43:47 aqw Exp "> XHTML Dokument XHTML Schema Schema Schema XML Dokument konform zu Schemabeschreibung? XML Dokument (Schema) konform zu (Schema) Schemabeschreibung? Mario Jeckle, , 56

56 Grenzen der XML Schema Description Language Projekt Definition und Ausdruck nicht-hierarchischer Strukturen (Redundanzproblem durch mehrfaches Auftreten benötigter Information) Zirkuläre oder rekursive Strukturen => Strenge Hierarchisierung schränkt darstellbare Datenstrukturen a priori ein wird geleitet ausgeführt durch 2:30 Projekt 1 geleitet von Person 1 Mitarbeiter Projekt 1 Projekt 2 ausgeführt durch Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter ausgeführt durch Person Person 1 Person 2 Person... Mario Jeckle, , 57

57 Schlüsselbeziehungen <element name = "PersonType"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "Vorname" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> <element ref = "Nachname" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> </sequence> PersID Person <attribute name = "eingeordnet_in" use = "fixed" value = "1a" type = "GehaltsgruppeType"/> <attribute name = "PersonalD" type = "PersIDType"/> <key name="personkey"> <selector>person</selector> <field>@personalid</field> </key> </complextype> </element> Mario Jeckle, , 58

58 Schlüsselbeziehungen Projekt wird geleitet Projektleiter 0:1 1:3 Mitarbeiter <element name = "Projektmitarbeit"> ausgeführt durch <complextype content = "elementonly"> 2:30 <sequence> <element ref = "ausgefuehrtes_projekt" minoccurs = "1" maxoccurs = "3"> <keyref refer="projektkey"/> </element> <element ref = "Projektmitarbeiter" minoccurs = "1" maxoccurs = "30"> <keyref refer="personkey"/> </element> </sequence> </complextype> </element> Person Mario Jeckle, , 59

59 Zusammenfassung XML Schema bilden hinsichtlich Mächtigkeit eine Obermenge der XML DTD- Ausdrucksfähigkeit XML Schema stellen einen fundierten und zukunftsfähigen Ansatz zur Beschreibung von XML-Sprachen in Bezug auf Struktur und Datentypen dar Mittelfristig werden sie parallel zum XML v1.0 DTD-Mechanismus existieren und ergänzend eingesetzt werden Langfristig ist mit der breiten Marktakzeptanz, und als Konsequenz der Ablösung des bestehenden DTD-Mechanismus, der Schema-Sprachen zu rechnen XML Schema ist eine Sprache zur Beschreibung hierarchischer XML-Datenund -Dokumentstrukturen, jedoch zur Datenmodellierung nur bedingt geeignet; XML Schema ist keine (general purpose) Datenmodellierungssprache Erste Toolimplementierungen liegen vor Mit der Verabschiedung (W3C Recommendateion) ist Q1/2000 zu rechnen Mario Jeckle, , 60

60 Einordnung in die XML-Standardfamilie / Ausblick XML Schema ist als XML-Sprache eine Anwendung der XML Jedes Schema ist ein XML-Dokument Schema for Schema ist selbst ein schema-valid XML-Dokument Nicht-hierarchische Strukturen sinnvollst mit XLL (XPointer, XLink, XPath) ausdrückbar Schemata für Modellierungssprachen und Datenmodelle (z.b. Austauschformat für UML-Diagramme) sinnvollst mit OMG's XML Metadata Interchange (XMI) ausdrückbar Mario Jeckle, , 61

61 Empfehlungen zum praktischen Einsatz Information die in verschiedenen Rollen auftritt sollte (generell) als complextype definiert werden, um die Wiederverwendbarkeit zu erhöhen Wenn möglich... spezialisierte Datentypen nutzen eigene Datentypen ableiten reguläre Ausdrücke Aufzählungstypen Bidirektional navigierbare Beziehungen mit Kardinalitätsanteil größer Eins in beiden Richtungen (sog. n:m-beziehungen) in separate Elemente aufbrechen Mario Jeckle, , 62

62 XML-Schema des Beispiels <?xml version ="1.0"?> <schema xmlns = " <element name = "Projektverwaltung"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "Projekt" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> <element ref = "Person" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> <element ref = "Projektmitarbeit"/> </sequence> </complextype> </element> <element name = "Projekt"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "Projektleiter"/> </sequence> <attribute name = "ID" use = "required" type = "ProjektNo"/> <attribute name = "start" type = "date"/> <attribute name = "budget" use = "fixed" value = "10000" type = "budgetmoney"/> <key name= ProjektKey ><selector>projekt><field>@id</field><key> </complextype> </element> Mario Jeckle, , 63

63 XML-Schema des Beispiels (cont d) <simpletype name = "ProjektNo" base = "string"> <pattern value = "P-\(19 20)\Nd{2,}-\Lu+\Nd{3,5}"/> </simpletype> <simpletype name = "budgetmoney" base = "float"> <minexclusive value = "0"/> <maxinclusive value = "50000"/> <scale value = "2"/> </simpletype> <simpletype name = "GehaltsgruppeType" base = "string"> <enumeration value = "1"/> <enumeration value = "1a"/> <enumeration value = "2"/> </simpletype> <simpletype name = "PersIDType" base = "string"> <pattern value = "h-\nd{2,}-\nd{5,}"/> </simpletype> Mario Jeckle, , 64

64 XML-Schema des Beispiels (cont d) <element name = "Person"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "PersonType"/> </sequence> </complextype> </element> <element name = "PersonType"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "Vorname" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> <element ref = "Nachname" minoccurs = "1" maxoccurs = "unbounded"/> </sequence> <attribute name = "eingeordnet_in" use = "fixed" value = "1a" type = "GehaltsgruppeType"/> <attribute name = "PersonalD" type = "PersIDType"/> <key name="personkey"> <selector>person</selector> <field>@personalid</field> </key> </complextype> </element> Mario Jeckle, , 65

65 XML-Schema des Beispiels (cont d) <element name = "Vorname" type = "string"/> <element name = "Nachname" type = "string"/> <element name = "Projektmitarbeit"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "ausgefuehrtes_projekt" minoccurs = "1" maxoccurs = "3"> <keyref refer="projektkey"/> </element> <element ref = "Projektmitarbeiter" minoccurs = "1" maxoccurs = "30"> <keyref refer="personkey"/> </element> </sequence> </complextype> </element> <element name = "Projektleiter"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "PersonType"/> </sequence> </complextype> </element> Mario Jeckle, , 66

66 XML-Schema des Beispiels (cont d) <element name = "Projektmitarbeiter"> <complextype content = "elementonly"> <sequence> <element ref = "PersonType"/> </sequence> </complextype> </element> </schema> Mario Jeckle, , 67

67 References W3C s XML-Schema: (XML schema requirements) Alternativvorschläge: Mario Jeckle, , 68

68 References Sekundärliteratur: xml.com/pub/2000/02/23/xmldeviant/index.html?wwwrrr_ txt (ISO 11404) Werkzeuge: xml.apache.org (Xerces) (XML Authority) Dieser Vortrag und weiterführende Information: Mario Jeckle, , 69

69 References Tangierte und weiterführende XML-Literatur: (XML v1.0 Recommendation) Dieser Vortrag und weiterführende Information: Mario Jeckle, , 70